用于制备碗烯基钙钛矿太阳能电池的化合物及界面材料制造技术

一类用于制备碗烯基钙钛矿太阳能电池的化合物及界面材料，化合物的含氮官能团能够进一步提高分子在有机试剂中的溶解度，加强碗烯和钙钛矿组分之间的化学作用，改善钙钛矿的界面载流子传输和稳定性，进而提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。电池的光电转换效率和稳定性。电池的光电转换效率和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
用于制备碗烯基钙钛矿太阳能电池的化合物及界面材料


[0001]本专利技术涉及太阳能电池领域，具体涉及一类用于制备碗烯基钙钛矿太阳能电池的化合物及界面材料。

技术介绍

[0002]我国面临新一轮的产业革命，发展清洁无污染、可再生的新能源技术迫在眉睫。太阳能作为绿色清洁能源，受到了科研界和产业界的广泛关注。太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，其中，钙钛矿太阳能电池因其低的材料和器件制备成本、高的光电转换效率等优点，显示出不错的产业前景。钙钛矿太阳能电池的主要组成部分包括：透明导电基底、电子/空穴传输层、钙钛矿吸光层和顶电极。根据制备顺序不同，钙钛矿太阳能电池可以分为正置结构和倒置结构。相比于正置结构，倒置结构电池具有更小的正反扫测试滞后效应、更好的稳定性、可与硅基等传统太阳能电池组装成叠层电池等优越性，近年来得到了越来越多的青睐。
[0003]但是，倒置结构电池的光电转换效率仍普遍低于正置结构电池，这是由于钙钛矿层和富勒烯电子传输层界面存在电荷传输和稳定性等问题(Adv.Energy Mater.2022,12,2103567)。一方面，富勒烯碳笼与钙钛矿之间的化学作用力弱，所产生的界面缺陷会引起载流子复合，从而导致能量损失；另一方面，界面无法有效阻挡自由离子迁移至电池表面与金属电极发生化学反应，导致器件稳定性降低(Acc.Chem.Res.2016,49,286)。目前，已报道的界面材料通常需要涉及多种复杂的分子结构单元拼接，并且在电池中具有的功能较为单一。
[0004]1966年，科学家Barth和Lawton首次合成一种碗烯分子C
20
H
10
(J.Am.Chem.Soc.1966,88,380)。与三维球形π共轭分子(富勒烯)和二维平面π共轭分子(芘、苝、蔻等)不同，碗烯是一类具有碗状结构的曲面π共轭分子，可被视作富勒烯C
60
的片段结构，是非平面π共轭分子的代表性结构之一。因具有特殊的曲面π共轭结构，碗烯表现出非常独特的光电性质，是一种潜在的载流子传输材料，在场效应晶体管和太阳能电池领域都具有很大的应用前景(Mater.Chem.Front.,2018,2,635)。
[0005]现有研究所报道的碗烯衍生物结构复杂且光电转换效率较低，不能满足钙钛矿太阳能电池的应用需求。

技术实现思路

[0006]根据第一方面，在一实施例中，提供一类用于制备碗烯基钙钛矿太阳能电池界面材料的化合物，所述化合物含有如下结构：
[0007][0008]其中，R1～R5独立地选自H、胺基、卤化铵、碳原子数为1～10直链或支链的胺或卤化铵。
[0009]根据第二方面，在一实施例中，提供一种用于制备钙钛矿太阳能电池的界面材料，所述界面材料包含第一方面任意一项的化合物。
[0010]根据第三方面，在一实施例中，提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包含第二方面的界面材料。
[0011]根据第四方面，在一实施例中，提供第一方面任意一项的化合物的制备方法，包括：
[0012]第一产物制备步骤，包括将碗烯与酸酐、酸混合，反应得到第一产物；
[0013]第二产物制备步骤，包括在钯碳催化剂、碱存在的条件下，将所述第一产物与有机溶剂混合，反应得到第二产物；
[0014]第三产物制备步骤，包括将所述第二产物与卤化氢混合，反应得到第三产物，即为所述化合物。
[0015]根据第五方面，在一实施例中，提供第一方面任意一项的化合物的制备方法，包括：
[0016]第一产物制备步骤，包括将碗烯与二氯甲基甲醚、四氯化钛混合反应，得到第一产物；
[0017]第二产物制备步骤，包括将所述第一产物与盐酸羟胺、乙醇、氢氧化钠混合反应，得到第二产物；
[0018]第三产物制备步骤，包括将所述第二产物、醋酸、锌混合反应，得到第三产物；
[0019]第四产物制备步骤，包括将所述第三产物与卤化氢混合，反应得到第四产物，即为所述化合物。
[0020]根据第六方面，在一实施例中，提供第一方面任意一项的化合物在制备钙钛矿太阳能电池中的应用。
[0021]依据上述实施例的一类用于制备碗烯基钙钛矿太阳能电池的化合物及界面材料，化合物的含氮官能团能够进一步提高分子在有机试剂中的溶解度，加强碗烯和钙钛矿组分之间的化学作用，改善钙钛矿的界面载流子传输和稳定性，进而提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实例1制备得到的界面材料的核磁共振氢谱图；
[0023]图2为本专利技术实例1制备得到的界面材料的核磁共振碳谱图；
[0024]图3为本专利技术实例2制备得到的界面材料的核磁共振氢谱图；
[0025]图4为本专利技术实例2制备得到的界面材料的核磁共振碳谱图；
[0026]图5为本专利技术实例1～2和对比例1制备的钙钛矿太阳能电池器件的J
‑
V曲线图；
[0027]图6为本专利技术中碗烯与碘离子发生化学作用的液相紫外可见吸收光谱图。
具体实施方式
[0028]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0029]下述实施例中所述的试验方法，若无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0030]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0031]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。
[0032]如本文所用，“常温”为23℃
±
2℃，与“室温”同义，可互换使用。
[0033]鉴于现有技术存在的缺陷，亟需提供一种结构简单且性能优异的多功能碗烯基材料，以解决钙钛矿层和电子传输层之间的界面问题，进而提升器件的光电转换效率和稳定性。
[0034]根据第一方面，在一实施例中，提供一类用于制备碗烯基钙钛矿太阳能电池界面材料的化合物，所述化合物含有如下结构：
[0035][0036]其中，R1～R5独立地选自H、胺基、卤化铵、碳原子数为1～10的直链或支链的胺或卤化铵。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类用于制备碗烯基钙钛矿太阳能电池界面材料的化合物，其特征在于，所述化合物含有如下结构：其中，R1～R5独立地选自H、胺基、卤化铵、碳原子数为1～10的直链或支链的胺或卤化铵。2.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，所述化合物含有如下结构中的至少一种：优选地，所述化合物含有如下结构中的至少一种：3.一种用于制备钙钛矿太阳能电池的界面材料，其特征在于，所述界面材料包含如权利要求1～2任意一项所述化合物。4.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包含权利要求3所述界面材料。5.如权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池为正置结构或倒置结构。6.如权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，正置结构的钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括导电衬底、电子传输层、吸光层、界面层、空穴传输层、金属电极层，所述
界面层含有权利要求3所述界面材料。优选地，所述电子传输层包括SnO2、TiO2、ZnO中的至少一种；优选地，所述吸光层包括MAPbI3、FAPbI3、Cs
x
(FA
y
MA1‑
y
)1‑
x
Pb(I
z
Br1‑
z
)3中的至少一种；优选地，所述空穴传输层包括NiO
x
、2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]
‑
9,9'
‑
螺二芴、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺]、PEDOT：PSS中的至少一种；优选地，所述金属电极层包括Ag、Au、Cu、C中的至少一种。7.如权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，倒置结构的钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括导电衬底、空穴传输层、吸光层、界面层、电子传输层、金属电极层，所述界面层含有权利要求3所述界面材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世和，邢舟，安明伟，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：